美國材料試驗學會(ASTM)將緩蝕劑定義為以適當的濃度和形式存在于環境(介質)中時, 可以防止或減緩材料腐蝕的化學物質或復合物, 因此埋蝕劑也可以稱為腐蝕抑制劑。
從緩蝕劑的定義可看出,凡是可以加入微量或 少量的物質就能降低介質的腐蝕性或防止、減 緩金屬的腐蝕速度,同時還能保持金屬材料原 有的物理機械性能不變的物質都屬于緩蝕劑的范疇。
緩蝕效率
緩蝕劑對金屬材料的保護能力可用緩蝕效率表示, 通過測金屬分別在有、無緩蝕劑的介質中金屬的 腐蝕速度來確定緩蝕效率。檢測方法不同,分為:
1)失重法:取相同的金屬材料,在相同的測試條件下,分別測量金屬在添加和未添加緩蝕劑溶液中浸泡相同時間后的質量,計算緩蝕率:
w0——未添加緩蝕劑條件下,金屬材料的質量
w——添加緩蝕劑條件下,金屬材料的質量
腐蝕速度法:比較金屬材料在添加和未添加緩蝕劑的溶液中金屬材料的腐蝕速度,計算緩蝕率。
電化學法:當金屬的腐蝕過程是電化學腐蝕時, 可以通過分別測量添加和未添加緩蝕劑的溶液中金屬的腐蝕電流密度來計算緩蝕率。
緩蝕劑的分類
1、按化學組成分類(2種)
無機緩蝕劑:絕大部分為各種無機鹽類。這類 緩蝕劑的緩蝕作用一般是和金屬發生反應,在 金屬表面生成鈍化膜或生成結合牢固、致密的金屬鹽的保護膜,阻止了金屬的腐蝕過程。有機緩蝕劑:基本上是含有O、N、S、P元素的各類有機物質,這類緩蝕劑的作用是由于有機物質在金屬表面發生的化學吸附或物理吸附 作用,覆蓋了金屬表面或活性部位,從而阻止了金屬的電化學腐蝕過程。
2、按電化學作用機理分類(3類)
金屬的電化學腐蝕過程包括陰極過程和陽極過程。根據緩蝕劑在介質中主要抑制陰極反應還是陽極反應,或者能夠同時抑制陰極反應和陽極反應,可將緩蝕劑分為三類:
陰極型緩蝕劑:抑制陰極反應。陽離子移向陰 極表面,在電極表面生成沉淀型的保護膜或覆 蓋層,使陰極反應極化增大。陰極型緩蝕劑也稱為安全緩蝕劑。
陽極型緩蝕劑:抑制陽極反應,增大陽極極化,使 陽極反應速率下降。這類緩蝕劑通常是陰離子向陽 離子表面移動,使金屬陽極表面鈍化,從而使腐蝕 速度下降。陽極型緩蝕劑也稱為危險型緩蝕劑。
混合型緩蝕劑:可以同時抑制陽極過程和陰極過程, 同時增大了陰極極化和陽極極化,使陰、陽反應速率下降,最終結果會使腐蝕電流下降很多。
3、按金屬表面層結構分類
緩蝕劑加入介質后,按照對金屬表面層結構的影響, 可分為3類:
1)氧化膜型緩蝕劑:可以直接或間接氧化金屬,在 金屬表面形成金屬氧化物膜,或通過緩蝕劑物質的還原產物修補金屬原有的不致密的氧化膜,達到緩蝕的作用。這種緩蝕劑一般對金屬有鈍化作用,也稱為鈍化劑。
2)沉淀膜型緩蝕劑:能與介質中的離子反應生成附著在金屬表面的沉淀膜,生成的沉淀膜比鈍化膜厚(幾十至100納米),但是致密性和附著力比鈍化膜差,因此防腐效果不如鈍化膜。
(1)水中離子型是指緩蝕劑和水溶液介質中的一些離子,如鈣離子、鐵離子等,發生沉淀反應,生成 難溶的沉淀物膜。這種膜較厚并且多孔,和金屬表 面的結合力也較差。
(2)金屬離子型是指緩蝕劑和金屬表面腐蝕產物層的金屬離子反應生成保護膜,這種膜致密性好,厚 度也比較薄,和金屬的結合也較牢固,這種緩蝕劑 生成的保護膜的防腐性能比水中離子型好。
這兩種緩蝕劑使金屬表面生成新的化合物相,這是一種三 維新相,介于金屬相和介質相之間,阻斷金屬和腐蝕介 質的接觸,達到保護金屬的目的。因此,這兩種緩蝕劑 也稱為相間型緩蝕劑。
3)吸附型緩蝕劑:吸附型緩蝕劑是通過吸附作用,吸附在金屬表面,從而改變了金屬表面性質,達到緩蝕的目 的。在金屬表面僅發生界面吸附,不構成三維新相。因 此,這類緩蝕劑也稱為界面緩蝕劑。通過2種吸附方式達到緩蝕目的:
(a)緩蝕劑在部分金屬表面上發生吸附,覆蓋了部分金屬表面,減小了發生腐蝕作用的面積,減小了腐蝕。吸 附是動態吸附,或稱為非定位吸附。
(b)緩蝕劑在金屬表面的反應活性點上發生吸附,降低了反應活性點的反應活性,使腐蝕速度下降,達到緩蝕 的作用,這種吸附是一種定位吸附。
從可持續發展戰略出發,“綠色”化無疑是21世紀防腐蝕技術發展的中心戰略,“綠色化學”的概念正在重新塑造防腐蝕技術的發展方向。因此,緩蝕劑的開發和利用也要本著“綠色化”的原則,向高效、無毒、無公害、可生物降解的環境友好化方向發展。幾點發展趨勢:
1)利用現代先進的分析測試儀器和計算機,深入了解金屬腐蝕的基本原理,從分子和原子水平上研究緩蝕劑分子在金屬表面上的行為及其作用機理、緩蝕劑之間的協同作用原理,指導緩蝕劑的研究和開發,合成高效緩蝕劑。
2)利用無毒無害的農副產品、食品醫藥加工副產物進行分離提 純,并通過改性處理和復配研制緩蝕劑,從而變廢為寶,實現資源的最優化利用。215
3)利用微生物的生理活動進行緩蝕保護或模擬海洋動植物的天然自我保護機能進行緩蝕保護。
4)進一步對鉬酸鹽、鎢酸鹽、硼酸鹽及改性硅酸鹽和鈰鹽等無機緩蝕劑進行研究,掌握其緩蝕機理,從而合成出廉價高效的有機物來提高其緩蝕性能。研究有機緩蝕劑與無機緩蝕劑的協同效應,開發出性能更好的復合緩蝕劑。
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